Evaluation of latest TMPA and CMORPH satellite precipitation products for Yellow River Basin

The main objective of this study was to evaluate four latest global high-resolution satellite precipitation products (TMPA 3B42RT, CMORPH, TMPA 3B42V7, and CMORPH_adj) against gauge observations of the Yellow River Basin from March 2000 to December 2012. The assessment was conducted with several commonly used statistical indices at daily and monthly scales. Results indicate that 3B42V7 and CMORPH_adj perform better than the near real-time products (3B42RT and CMORPH), particularly the 3B42V7 product. The adjustment by gauge data significantly reduces the systematic biases in the research products. Regarding the near real-time datasets, 3B42RT overestimates rainfall over the whole basin, while CMORPH presents a mixed pattern with negative and positive values of relative bias in low- and high-latitude regions, respectively, and CMORPH performs better than 3B42RT on the whole. According to the spatial distribution of statistical indices, these values are optimized in the southeast and decrease toward the northwest, and the trend is similar for the spatial distribution of the mean annual precipitation during the period from 2000 to 2012. This study also reveals that all the four products can effectively detect rainfall events. This study provides useful information about four mainstream satellite products in the Yellow River Basin, and the findings can facilitate the use of global precipitation measurement (GPM) data in the future.     

无测站流域径流预测区域化方法研究进展

无测站流域径流预测是地表水文研究的难题与挑战,而区域化方法,即将水文信息从有测站流域移植至无测站或缺测站流域估算径流量的过程,则为该问题提供了有效的解决办法。由于不同流域地文属性及气候特征各不相同,目前并无通用的方法,回归法、空间近似法及物理相似法是径流预测区域化研究中最常用的三种方法。基于此,本文阐明了三种方法的基本理论,综述了其研究进展、适用性及局限性,分析了区域化研究中常用水文模型及流域特征因子遴选的依据,总结了误差检验及不确定性分析的方法,并展望了径流预测区域化研究的未来发展方向。本文可为无测站流域区域化方法的选择提供基本依据与科学参考。     

稀缺资料流域水文计算若干研究:以青藏高原为例

稀缺资料流域水文计算是长期困扰国际水文学界的难题之一,其根本难点在于降雨径流过程的复杂性、流域下垫面与气象要素的时空变异性以及人类对流域水循环规律认知水平的局限性。本文从稀缺资料流域的类型、缺乏降水和径流观测数据的水文计算研究等方面综述了稀缺资料流域水文计算的研究进展。以我国水文气象资料最为稀缺的青藏高原为例,结合水文综合模拟系统(Hydro-Informatic Modeling System,HIMS)在水情预报中的应用,阐述了稀缺资料流域的水文计算方法,包括卫星遥感降水产品的水文模拟能力评估、基于日平均径流数据推求瞬时洪峰流量、洪水调查数据的区域综合和水文模型参数移植等研究,展示了稀缺资料流域水文计算的相关研究进展。     

TMPA 卫星降水数据的评估与校正

卫星遥感降水由于时空分辨率的优势在现代水文模拟中正起着越来越大的作用。本研究对黄河源区的两套卫星降水产品(TMPA准实时3B42RT和研究数据3B42V6)进行了详细评估,结果表明,3B42RT与3B42V6相比会明显高估地面降水,而两者对降水事件的反演能力基本一致。通过引入"降水重心"的概念,两套卫星降水产品均可以基本反映降水的空间分布及长期演变过程。在两者尤其是3B42RT数据的校正中,首先将卫星数据与地面站点月降水对比,再等比例降尺度回日降水,然后尝试逐步订正和最优插值两种残差处理方法,从而使降水量和降水分布的精度进一步提高。最后用校正后的卫星降水驱动分布式水文模型,利用输出径流间接验证校正的效果。     

长江与黄河流域复合高温干旱事件时空演变特征

利用1961—2014年月降水与日最高气温数据,定义了3d/90%型和5d/90%型两类复合高温干旱事件,比较分析了长江流域和黄河流域夏季复合高温干旱事件的分布特征与时空变化规律,量化了复合高温干旱事件与单独热浪事件的温度差异。研究结果表明：复合高温干旱事件在长江流域中下游地区发生频率较高,在黄河流域空间差异不大;两流域复合高温干旱事件频率均呈增加趋势,长江流域3 d/90%型和5 d/90%型复合高温干旱事件日数增加趋势分别为每10 a 0.19 d和0.14 d,黄河流域的增加趋势分别为每10 a 0.29 d和0.096 d;长江流域复合高温干旱日数在西北部与南部地区增加较多,下游东北部地区有所减少,黄河流域在中部和西部增加较多;两流域1988—2014年复合高温干旱事件影响范围总体上比1961—1987年增加,黄河流域影响范围占比大于长江流域;相比于单独热浪事件,复合高温干旱事件的平均温度更高,长江流域和黄河流域3 d/90%(5 d/90%)型复合高温干旱事件与单独热浪事件平均气温差值分别为0.65℃和0.64℃(0.54℃和1.21℃)。     

长江源区和黄河源区降水量变化分析

利用长江源区和黄河源区22个气象站1961—2010年的逐日降水量资料,基于正态分布和Gamma分布,从概率角度讨论了两个源区的年、季节和日降水量的变化特征。结果表明：黄河源区年平均降水量和标准差均大于长江源区,近年来长江源区降水量明显增多,两者之间差异减小。两个源区年内降水量分布很不均匀,长江源区降水量大多集中于夏季,年际间丰枯差异显著;黄河源区降水量集中于夏季,年际变率随时间变化减小,降水稳定性增加;两个源区的日降水量以小雨为主,极端日降水量可达暴雨程度,近年来,随着形状参数和尺度参数的增大,日降水量概率分布有偏度和陡峭度减小的趋势,导致日降水量有所增大,进而影响到极端日降水量,使其有增大趋势。     

长江与黄河历史洪水对比

 为研究洪灾发生的规律，减少洪灾损失，根据历史记录，分析了长江与黄河洪水和干旱出现的原因，根据长江流域近1 000年来的气候干湿变化规律，探讨洪水和干旱周期；对1840年以来长江与黄河洪灾等级和频率进行对比；对洪水和洪灾发生的特点及减灾措施进行综合分析。研究表明，两流域同时发生大洪水的机率较小，而同时干旱的机率较大；长江流域洪水频率大于干旱频率，且中下游发生洪灾的机率大于上游；长江流域水灾频率比黄河大。     

黄河上中游流域泥沙优化配置研究

针对流域水土流失的灾害性、泥沙利用现状及泥沙优化配置的必要性,基于大系统分解-协调思想的流域泥沙优化配置原理与流域各子系统的泥沙多目标优化配置方法,构建了流域泥沙优化配置理论框架。进而建立了黄河上中游流域泥沙优化配置数学模型,该模型包括相互联系的各子系统、各分区和大系统三级泥沙优化配置数学模型,开展了不同水沙条件的黄河上中游流域泥沙优化配置方案计算,对计算结果进行了评价并提出了建议方案,为黄河上中游流域泥沙的科学治理提供了参考依据。     

黄河上中游流域泥沙优化配置研究

针对流域水土流失的灾害性、泥沙利用现状及泥沙优化配置的必要性，基于大系统分解-协调思想的流域泥沙优化配置原理与流域各子系统的泥沙多目标优化配置方法，构建了流域泥沙优化配置理论框架。进而建立了黄河上中游流域泥沙优化配置数学模型，该模型包括相互联系的各子系统、各分区和大系统三级泥沙优化配置数学模型，开展了不同水沙条件下黄河上中游流域泥沙优化配置方案计算，对计算结果进行了评价并提出了建议方案，为黄河上中游流域泥沙的科学治理提供了参考依据。     

大尺度分布式水文模型VIC在嘉陵江流域径流模拟中的应用

大尺度分布式流域水文模型是目前评价流域环境变化的重要工具,以嘉陵江流域为研究对象,构建了嘉陵江流域大尺度分布式VIC模型(Variable Infiltration Capacity,VIC model),利用Maryland大学的全球1 km×1 km土地覆盖数据,同时参考LDAS(Land Data Assimilation System)成果,建立了嘉陵江流域VIC模型的参数库,通过4个水文站以上流域的水文模拟试验,结果表明建立的VIC模型能有效地模拟嘉陵江流域各典型站的日、月径流过程,模拟的水量平衡误差在5%以内,日径流过程模拟的确定性系数均在70%以上,月径流过程模拟的确定性系数超过90%。该模型可以用来分析环境变化对嘉陵江流域水资源及洪水过程的影响。     

长江上游洪水与汉江洪水遭遇规律研究

长江干流与支流洪水互相遭遇容易形成长江流域特大洪水,为进一步优化三峡工程调度方案,充分发挥其巨大的防洪效益,从遭遇次数、遭遇时间、遭遇程度以及洪峰、洪量等角度,采用水文学分析法,重点研究了长江上游与汉江不同量级的洪水遭遇规律。研究表明,长江上游与汉江的中小量级的洪水遭遇频繁,遭遇时间主要发生在7,8,9三个月,洪水遭遇时各自的洪峰,最大7 d和15 d洪水过程无明显相应关系,遭遇后洪水过程重叠程度较高。     

长江上游大尺度分布式水文模型的构建及应用

针对面积达100万km2的长江上游流域,依据100m网格的数字高程模型DEM,基于流域的地貌特征原理,构建了10km网格的大尺度分布式水文模型。在建模过程中尽量利用相关的地理信息描述长江上游地区下垫面特点及其空间变化,并采用次网格参数化方法处理大网格内水文参数的非均一性。继而完整地模拟了1961～2000年的水文过程,结果表明,模型不仅较好地再现了河道的径流过程,而且能同时获得径流深、蒸散发和土壤含水率等水文要素在流域空间上的分布及其变化。     

长江黄河含沙量垂线分布的分形研究

为了从流体内部结构入手分析挟沙水流含沙量分布,以长江、黄河实测资料为例,从分形标度的角度出发,探讨了天然河道含沙量垂线分布的规律。研究结果表明：天然河道含沙量垂线分布呈二阶累计和变维分形现象,分维数可以反映含沙量垂线分布的均匀程度,分维数越大,含沙量垂线分布越均匀;长江含沙量垂线分布的分维数（绝对值）要小于黄河的分维数,并且同一条河道的不同位置分维数不同;含沙量垂线分布的分维数大小与泥沙粒径、水深等有关。     

长江上游秋季降雨特征及主要影响天气系统分析

分析长江上游秋季降雨特征及其影响系统,对于开展长江上游秋汛期降雨预报有重要指导意义。选用1951～2009年长江上游各区面雨量资料,重点对该期间秋季的长江上游降雨时空分布以及形成秋季降水的成因进行了分析探讨。得出的初步结论是：长江上游面雨量,多年在800～1 000 mm之间变化;9月份,上游偏北偏西地区降雨量较大;10月份以后,上游偏南偏东地区降雨量较大。长江上游秋季的连续阴雨天气,往往与稳定的环流形势、高空槽、地面锋的影响有关,而强降雨的发生,除需具备这些条件外,还与低涡、切变线的影响有关。     

长江上游水土保持重点防治工作经验

20 a长治工程实践探索出了一套完整的开展大范围水土流失综合防治的成功经验,包括高层次的领导协调体制,创新的管理机制,国家专项资金引导社会多元化投资机制等,以及综合防治和监测监控相结合的技术路线与方法,将防治水土流失、保护水土资源与发展水土保持产业化和促进区域经济发展融为一体,在实践中培养大批基层水土保持技术与管理人才,形成有很强影响力的长治品牌效应。这些经验极大地充实了我国水土保持管理工作和水土保持科学技术的内涵。     

黄河水文科技与水文发展

从黄河下游的水文特性入手,通过对黄河下游水文资料的分析,论述了黄河水文测报的设施设备、科学技术、科技手段等发展的实际情况及其对黄河治理、开发、水文测报和社会经济、稳定所起到的作用.进而说明了黄河水文测验的设施设备、仪器与技术在不断向更经济、更简洁、更精确、更实用、更迅速的方向改革与发展,"维持黄河健康生命"和黄河的可持续发展与水文科技、水文科学发展息息相关.     

长江上游水库群联合调度下的河流水文情势研究

长江上游水库群的联合调度运行必然会对下游河道径流产生影响。选择北碚、高场、宜昌站作为水库群串、并、混联运行下的控制断面,通过IHA法选择出受水库群联合调度影响的14个水文指标,并采用CRITIC法改进RVA完成串并混联运行模式下的水文指标变化趋势和整体水文变异程度的研究。分析结果表明:①随着水库群联合运行数量的增加,长江干支流河道水文情势改变幅度增大;②水库群联合运行会使汛期流量显著降低,非汛期流量增加,同时会造成年最大(小)流量呈减少(增加)趋势;③水库串联运行模式会使最大流量发生时间延迟;并联运行模式会使汛期流量坦化现象更加显著;混联运行模式对水文情势的改变程度主要受调度方式和气候变化的影响,上游混联模式使宜昌站水文情势为低改变度。     

ERA-interim再分析数据集在长江上游的适用性

针对长江上游地区ERA-interim再分析降水数据,结合流域内65个实测站点的降水数据,计算流域以及站点年降水量、多年平均降水量。利用降水偏差、偏差百分比、合格率等多种指标,分析ERA数据在长江上游地区的适用性并进行校正,以补充实测降水资料。结果表明:(1)ERA降水在年、春、夏、秋、冬的变化趋势与实测数据近乎相同,可直接采用折算系数整体校正ERA年降水数据;(2)流域内海拔高的观测站点ERA降水估计值与实测降水数据偏差明显增大,海拔低的观测站点ERA降水估计值与实测降水数据偏差相对较小,并且流域东南部的降水偏差整体小于流域西北部;(3)利用折算系数整体折算1979~2012年、夏、秋尺度各站点ERA插值降水数据,各站点拟合后年、夏、秋序列与实测降水偏差30%以内的站点合格率分别为98.46%,92.31%和70.77%。     

长江上游中小洪水雨洪特征分析

为了从气象学角度揭示中小洪水的形成机理,将降雨与中小洪水结合起来展开分析。利用1981~2012年国家气象站逐日雨量和长江上游主要河段及干支流控制站日平均流量资料,结合三峡水库调度运行特征,采用自定义条件筛选出了长江上游中小洪水过程,并从中小洪水的分布特征、雨洪特征两方面进行研究。结果表明：自定义筛选条件合理可行;中小洪水呈逐渐减少的趋势;洪水主要集中在6~9月的汛期,三峡水库消落期无中小洪水出现;6个流域（区间）6月中小洪水过程平均面雨量自西向东增加。     

长江抗洪抢险给黄河防洪的启示

基于１９９８年长江抗洪抢险中的经验和暴露出的有关问题，对黄河防洪进行了思考，提出了在洪水分析、水文预报、防洪工程建设和依法防洪等方面的若干建议：防洪方案的制定，一定要立足于最不利的情况；及时准确的水文预报至关重要，要下大力气研究黄河流域的产汇流规律；要着力建设完善的防洪体系；在防洪工作中，要时刻树立“防重于抢”的意识；防洪工作一定要做到有法可依，执法必严。